专利名称：呼吸器的制作方法在说明书中，对于任意现有公开(或从中获得的信息)或对任意已知事物的引用并不或不应被认为是确认或承认或以任何形式建议现有公开(或从中获得的信息)或已知事物形成本说明书所涉及领域中的公知常识。动力空气净化呼吸器或者PAPR通常使用动力通过过滤元件从大气抽吸环境空气、对其加压并经由导管和面罩将其输送到使用者的气道。PAPR通过维持面罩内的正压力 而在任意情况中确保过滤的或净化的空气供给。PAPR装置目前用在环境被严重污染或非常危险的情况中，用以为使用者提供净化空气。这样的环境通常包括受污染的工业区，或医院。所有目前已知的PAPR系统仅专用于专业应用和工业应用。也就是说,它们未被设计用于一般公众的日常使用。因此，大多数PAPR系统的大小通常大且重。一些已知PAPR系统具有被重新配置到安全帽/或头盔的过滤能力(4，462，399)，但该尝试并未改进紧凑性，也未有助于形成轻量化的结构，而是使得所述装置体积庞大并且使使用者的头部感觉沉重。一些已知的PAPR系统能够以双肩背包的形式来携带，PAPR系统被包封在带有肩带的弹性包中以携带所述装置，但是，这是所述装置能够便携的极限了，并且不允许在不使用带/包构造时采用其它的携带方法。因此，大多数现有的PAPR系统并不鼓励使用者使用这些系统，除非在实在必需使用的情况下使用者才去使用，也就是说，在工业环境中的有毒的或者危险区域中。对于一般公众，在他们的日常生活中保护不受污染和疾病影响主要依赖于灰尘/手术面罩。但是，这些面罩由于面罩周边存在泄漏而仅提供基本的保护，即使这样的面罩所用的过滤材料典型地标示为适于高效过滤也是如此。由于过滤介质形成的额外阻力，使用者必须比他们在无面罩时的通常呼吸显著更用力地呼吸。由此，任何人使用想要长时间舒适地使用这样的面罩都是相当困难的。此外，CO2和湿气在面罩内积聚，这趋于使情况变得更糟糕。另外，过滤介质的效率越高，则其施加的流动阻力也更高，因此使得这些面罩在长时间使用时更不舒服。对于体弱或呼吸系统受损的人员来说，这样的影响成为明显，比如年迈的老人、孩子，以及比如患有哮喘和COPD的病人。灰尘面罩和外科面罩因此被一般公众广泛地使用，主要是因为它们易于使用以及不存在可用的任何可接收的PAPR方案的事实，任何人都希望使用更有效并且更舒适的装置。然而，明显的是，许多日常情况中的空气品质会是非常糟糕的。在较大的城市中，高密度的汽车、巴士、卡车和摩托车经常排放出相当大量的有毒污染物。电厂是另一重要的污染源。自然灾难或人为形成的灾难，比如任意类型的沙尘暴、火灾，也对人们的呼吸系统造成伤害。那些污染包括灰尘(悬浮颗粒)、铅，以及有害气体，比如N02、SO2, CO、O3> V0C、烟等。长期暴露于这些污染明显是有害的并且通常导致威胁到生命的疾病。SARS、禽流感和猪流感，这三个与疾病有关的对人类的威胁也是污染或大气疾病，并且对于人类可能是致命的。很明显需要一种保护装置，该保护装置提供了与PAPR类似的保护和舒适水平并且仍能够被普通人员或轻工业/专业使用者接受使用。
本发明寻求克服现有技术的缺陷。本发明还寻求提供轮廓小巧呼吸器。 在整个说明书中，使用术语“轮廓小巧”。该术语旨在指代一种面罩，该面罩在与“灰尘面罩”类似地覆盖使用者的鼻部和口部的同时具有相对小且紧凑的大小和形状，使得其在配戴时具有在美学上令人喜爱的外观，在与具有已知的动力呼吸器的常规大且体积重的工业面罩比较时尤为如此。在工业应用中使用的这样的现有技术的动力呼吸器外观笨重并且典型地具有将空气供给到面罩室内的空气管，所述面罩室设置在面罩的前部，使得这些面罩在美学上尤其没有吸引力。本发明还寻求提供一种呼吸器，该呼吸器具有便携、易使用和易丢弃、改进的使用感受/观感和成本有效这些优点中的一个或多个优点。本发明还寻求提供一种轮廓小巧的呼吸器，该呼吸器能够作用为污染保护装置，或者作为呼吸辅助设备或呼吸治疗设备。可从这样的所述装置中受益的民用情况中的人员的典型示例包括日常通勤人员、摩托车手、电动自行车骑乘者、乘客、行人和马路工作者、交通管理员、马路维修人员、建筑工人、机场员工、无菌室/实验室工作者、食品加工人员、禽畜养殖人员、在治疗和存在(疾病)暴发的医院中工作的人员、学校工作人员、烟区工作者等。在广义上，本发明提供了一种呼吸设备，包括面罩，所述面罩适于大致包围使用者的至少口部或鼻孔；和颈部部件，所述颈部部件附接到所述面罩并且适于大致包围所述使用者的颈部的后面，所述颈部部件包括气流发生器，所述气流发生器用以从周围环境接收未滤过的空气、过滤所述未滤过的空气并且将过滤后的空气提供到所述面罩。优选地，所述颈部部件通过至少一个接合布置与所述面罩附接。优选地，每个所述接合布置包括至少一个协作空气通道，所述至少一个协作空气通道位于所述面罩和所述颈部部件上；至少一个协作配合夹，所述至少一个协作配合夹用以将所述面罩和所述颈部部件配合在一起。另外优选地，每个空气通道至少部分地由弹性材料形成。另外优选地，每个配合夹包括棘轮。优选地，所述面罩的至少密封部分至少部分地由硅橡胶等形成。优选地，所述过滤后的空气经由一体地形成的空气通道在所述颈部部件和所述面罩之间输送。另外优选地，用于所述呼吸设备的操作的所有部件被容纳在所述颈部部件中。优选地，所述颈部部件还包括下列部件中的任一个或组合流量传感器；压力传感器；负离子发生器；加热器；冷却器；过滤组件；吹风构件；电源；消声器；用户界面；和增湿器/干燥器。优选地本发明还包括罩子，所述罩子用以装饰所述面罩并包括织物或者其它材料；和/或护目镜，所述护目镜用以对所述使用者的眼睛提供保护。另外优选地，本发明还包括带子或条带，所述带子或条带适于被附接到使用者的头部上方以将所述面罩保持到位。优选地，所述流量传感器和/或所述压力传感器适于提供反馈信号所述气流发生器以调节所述面罩的所述空气流量和/或气压，即，具有呼吸响应性，所述流量/压力传感器的所述呼吸响应性可选地是使用者可调节的。 另外优选地，所述过滤组件还包括下列部件中的任一个或组合初级过滤器；预过滤器；高效微粒空气(HEPA)过滤器；前置的活性炭过滤器；活性炭过滤器(蒸气激活或者多化学制品激活)；光媒催化过滤器或涂层(环境光和/或LED激活)；和，冷媒催化过滤器。优选地，所述颈部部件还包括控制装置，所述控制装置包括下列部件中的任一个或组合使用者控制接口 ；远程控制器；充电电池；电池组；和马达控制器。另外优选地，所述设备制造成具有小的轮廓外观，并且所述设备适于舒适地绕所述使用者的颈部支撑并且可选地包括衬垫部分。优选地，所述呼吸设备包括传感器，所述传感器用以感测所述空气的温度和/或湿度；比较器，所述比较器用以将所述感测的温度和/或湿度与预定值比较；和环境控制装置，所述环境控制装置包括加热器、冷却器、增湿器和干燥器中的至少一个，以对提供到所述面罩的所述过滤后的空气的温度和/或湿度提供任何必要的调节，以将所述温度和/或湿度调节到所述预定值。另外优选地，所述预定值由制造商预先设定或者是使用者可调节的。优选地，所述呼吸设备包括负离子发生器，所述负离子发生器具有控制器，所述控制器与使用者的呼吸模式(吸入时和呼出时)同步地操作。优选地，所述呼吸设备包括无刷DC马达，所述无刷DC马达具有带有环形铁心的定子，其特征在于，所述铁心包括多个从所述铁心向内延伸的径向翼片，以形成在翼片之间的各个线圈之间的分隔部。另外优选地，所述径向翼片通过与所述铁心一体成型而形成，或者通过对所述铁心包胶成型而形成。优选地，所述呼吸设备还包括呼出空气过滤器，所述呼出空气过滤器用以对所述使用者呼出的空气在排出到周围环境之前进行过滤。另外优选地，所述呼出空气过滤器与所述呼吸设备的排气阀一体地形成。在更为广泛的形式中，本发明提供了 面罩，所述面罩适于大致包围使用者的至少口部或鼻孔；和环境控制装置，所述环境控制装置包括加热器、冷却器、增湿器和干燥器中的至少一个，以对提供到所述使用者的所述空气的温度和/或湿度进行调节。优选地，所述呼吸设备还包括过滤器，所述过滤器用以从周围环境接收未滤过的空气并且将过滤后的空气提供到所述面罩。在更为广泛的形式中，本发明提供了 面罩，所述面罩适于大致包围使用者在至少口部或鼻孔；和负离子发生器，所述负离子发生器具有与使用者的呼吸模式(吸入或呼出)同步地操作的控制器。在更为广泛的形式中，本发明提供了 面罩，所述面罩适于大致包围使用者空气至少口部或鼻孔；和呼出空气过滤器，所述呼出空气过滤器在使用者呼出的空气排出到周围环境之前过滤所述空气。优选地，所述呼出空气过滤器与所述呼吸设备的排气阀一体地形成。在更为广泛的形式上，本发明提供了无刷DC马达，所述无刷DC马达具有带有环形 铁心的定子，所述环形铁心包括多个径向翼片，所述多个径向翼片从所述铁心向内延伸以形成在各个线圈之间的分隔部，其中所述径向翼片通过与铁心一体成型形成或通过对铁心的包胶成型形成。 根据下面对于本发明的优选但非限定性实施方式的详细说明，将能更充分理解本发明，所述实施方式结合附图进行描述，在图中图I示出了配戴有根据本发明的呼吸设备的人员；图2示出了呼吸设备的透视图；图3示出了图2的呼吸设备的分解透视图；图4，分别地，图4A示出了呼吸设备的面罩部件的前方透视图，而图4B示出了呼吸设备的面罩部件的后方透视图；图5示出了呼吸设备的颈部部件的透视图，其中结合有气流发生器；图6示出了呼吸设备的截面图，其中示出了空气流路；图7图示了可结合在本发明的呼吸设备中的典型部件特征以及它们的相互关系；图8详细示出了可用以将面罩和颈部部件接合在一起的接合布置；图9详细示出了可安装在呼吸设备中的加热器；图10图示了可安装在呼吸设备中的增湿器的设置；图11详细示出了可安装在呼吸设备中的替代增湿器；图12示出了一体形成的过滤器和增湿器芯；图13示出了用于呼吸设备的另一个替代芯吸设计；图14图示了芯吸指部的不同设计；图15示出了呼吸设备的替代加热器的设置；图16示出了用于呼吸设备的过滤组件；图17示出了典型的过滤器更换步骤；图18示出了不同过滤器构造的各种示例性构造；图19示出了在本发明的气流发生器模块的响应式流量控制中使用的步骤的各种示例性流程；图20示出了根据本发明的响应式流动系统的实施方式；图21详细图示了本发明的呼吸设备中使用的环形铁心布置；和
图22示出了本发明的替代版本，包括护目镜。

目标面罩空气温度优选地受使用者的控制(即，使用者能够设定目标温度)。替代地，目标空气温度能够默认为大多数使用者感觉舒适的一些值。理想地，所述默认值可以依据环境温度而不同。例如，大多数使用者发现在天气冷时30°C-32°C的温度是舒适的，而当天气热时优选更低的温度(可能是18°C -20°C )。为控制面罩空气湿度，所述呼吸设备可以设有蓄水器43和产生受控蒸发的装置。水箱可被置于气流发生器内或者能够制成为夹到气流发生器上，或者能够位于其它的位置(例如，位于使用者的皮带上)并且设有管或其它布置，以用于将水从水箱输送到蒸发器模块。将蒸发器模块与加热/冷却模块组合可能是方便的。蒸发器可以被布置在空气流中的任何位置，例如在入口过滤器直接后方布置在吹风构件与面罩之间或面罩的内部。蒸发器可采用许多形式，如下面所述的。蒸发器模块的一个形式可以如图11中所示地实现，其具有芯吸材料的片或卷，以自动地将水从湿区输送到干区。示例包括布或由棉或粗麻布或由人造纤维比如裸纤维玻璃制成的其它结构。蒸发器的该形式将优选地保持成与加热器40紧密接触以促进快速蒸发，并且还用以补充在水从液态改变成蒸汽时所损失的能量。这样，可控制或消除蒸发的冷却效应。优选地，该类型的芯44易于更换。芯的定期更换对于避免来自水的污物(例如，碳酸盐)的聚积以及芯上的有机体增长是重要的。易于改变的芯的示例在图12中示出。在本示例中，芯吸元件45已与过滤元件41组合，而过滤元件41本身与过滤框架46附接，从而其在每次更换过滤器时被改变。在图13中示出了替代的芯吸设计。加热器采用在空气通路(以箭头示出)中定位在入口过滤器直接后方的四个“指部”50的形式。芯吸材料52制成的套筒被配合在这些指部上。水从水箱经由入口 51供给到套筒50。指部50的热使水蒸发并且输送到空气流中。当棉制套筒52需要更换时,所述结构向外枢转到过滤区中，如图13B所示。在图13和图14中示出该设计的两个替代版本。在第一替代版本中，如图13中所示，水从小喷嘴53供给，所述小喷嘴53定位成压靠芯吸套筒52的外侧。在该实现中，加热器50可以是内置电阻丝的金属管。
在第二实现中，如图14中所示，加热指部50是中空的，并且在其周边设有小的滴孔54。水被引入到指部50中，且经由滴孔54进入芯吸套筒52并且从芯吸套筒52进入空气通路。在图10中，示出了一种蒸发器模块，该蒸发器模块使用膜来将液态水从空气通路分离。这些系统构成了由允许水蒸汽通过、而不允许液态水通过的材料44所覆盖的水储存器43。该类型材料的示例是膨胀PTFE膜(WL Gore生产的Gortex以及类似产品)和闪蒸高密度聚乙烯(Dupont等生产的Tyvek)。容器可以被加热或不加热，尽管不加热的容器将提供低的湿度输出。在加热的示例中，水被加热至某些高的温度(直至100°C)。蒸汽穿过所述膜到达空气流。但是，液态水不能穿过所述膜，甚至在容器搅动或倒置时也是如此。容器能够是由主水箱供给的小容积；或者其能够是箱本身。覆盖容器43的膜44趋于由于水中的污物的原因而堵塞。优选地，所述膜易于更换。由于膜与容器的其余部分之间的接合处受到某些压力差(由于水的加热及其对于蒸汽流的阻力)，所述膜优选地在出厂时被密封到所述容器。在所示的实现中，容器被设置在过滤元件的后面。所述容器的一侧由上述的蒸气渗透膜制成，而另一侧由金属箔制成。替代地，金属箔可以用塑料替代，所述塑料或者采用其固有状态或者被涂覆金属(例如铝)以改进其传热特性。当过滤器配合时，容器的金属箔侧被压靠在气流发生器内安装的加热器。容器的金属箔半体被密封(胶粘或焊接)到蒸气-渗透膜，蒸气-渗透膜面向空气通路内。水从 外部箱给送到容器中。对容器中的水加热导致蒸发。水蒸气穿过到达空气流，而液态水存留在容器中。优选地，外部箱位于容器上方。如果这些完成，则容器将通过重力给送而被自动填充。替代地，所述膜可以通过一些易于确保膜本身与容器之间的紧密密封的方法来提供。示例包括自粘结密封和橡胶密封。在使用自粘结密封的设计中，更换膜设有一块双面粘结材料(例如，3M生产的VHB带)。所述带的一侧在出厂时被结合到膜，而另一侧由保护性覆盖物覆盖。为替换所述膜，旧膜被移除，保护性覆盖物从带密封剥离，新的膜被粘附到位。在使用橡胶密封的设计中，适合的材料(例如热塑性弹性体，比如Exxon Mobil Chemical生产的Santoprene)被安装在膜的边缘的周围。在使用中，该材料在容器上的凸缘与气流发生器的另一部件之间被压缩，以形成密封。在水与空气通路之间使用膜的另外的优点在于大多数这样的膜能够阻挡细菌的运动，由此提供了避免使用增湿器中的受污染的水的保护水平。理想地，面罩空气相对湿度(RH)通过参考面罩中或附近的RH传感器来控制。该传感器理想地感测绝对湿度(水(g)/空气(I))和温度两者，以允许其计算所述相对湿度。替代地，所述装置能够感测环境湿度，然后使用其关于面罩空气温度的知识(或估计)来推断面罩中的相对湿度。目标面罩湿度可以受使用者的控制，例如通过在用户界面中设置“面罩RH”进行控制。替代地，所述装置的目标能够是已经实验证实适合于大多数使用者的默认值。该值总体上在60%至80% RH的范围内。
替代地，使用者能够经由开环系统控制湿度，在开环系统中，使用者控制输送到蒸发器模块的动力。在一些情况中，例如，由于制造成本或环境条件的原因，带有增湿器的全加热/冷却模块并不是必要的。在北半球区域的广阔的范围内，在一年中的相当长时间内将呈现冷且湿的状态，比如英国、俄罗斯和加拿大。相反，如图15中示出的紧凑的加热模块41在装置中要求小的空间和生产成本，在升高面罩空气温度的方面能够是有利的。同时，易装配-去除加热模块能够通过快速地改变装配过程而不是通过改型所述装置，从而被调节适应于具体的市场。该加热模块实施方式包括三个主要部件加热元件、热绝缘和支撑件。加热元件可以用于产生热以添加到正在通过的空气。该实施方式中合适的各种加热器包括PTC加热器、非常紧凑的盘管式加热器。正如所述装置的其他的耗能部件，动力能 够通过额外的插接配线从PCB供给。在图15中图示了加热模块的实施方式，其中示出了加热模块被设置在呼吸设备的空气流中。PTC由于其高的兼容性和突出的输出特性而众所周知。该陶瓷块能够制造成满足具有各种电压输入和输出动力的不同标准。PTC加热器的薄板能够支撑在空气通路中，并且其通常被制成为蜂窝状，以提供较大的表面面积和结构稳定性。空气被朝加热的板的泵送并且被挤出穿过所述蜂窝状结构。在该过程期间，由相对地更冷的空气吸取热。一旦空气离开所述板，并进入膜盒，其已经被升温。盘管长久以来被作为加热元件。它们简单的结构使得制造不需要太多的技术，并且其通过在有限空间中的若干圈盘管而能够被制成为非常紧凑。同时，其性能与其结构具有线性关系，这使得其易于控制。与干发器中的加热器类似，盘管能够以模块方式添加到空气通路中。大的表面面积和对于气流的最小干涉提供了平稳的热输送。已经示出盘管加热器能够将大体积的气流加热到期望的温度。柔性加热器由在两个介电隔离材料层之间包围的由高性能加热配线构成。通过与其表面的两侧附接的薄铝片，其具有将热均匀地分布到空气中的显著能力。由于其灵活性，该类型的加热器能够弯曲成不规则的形状以配合到空气通路中。过滤组件现有的PAPR通常需要使用专用的气体过滤器以用于专门的气体，并且通常用于具有相当高的气体浓度而需要显著物理尺寸以用于给定过滤器的环境。这对于典型的城市街道污染保护是不实用的，在城市街道中，气体污染物能够是C0、N0x、S02、03、V0Cs、烟、氨等中的一种或全部，但是具有比大多数PAPR所应用的典型工业环境更低的浓度。本发明说明了一种具有小的轮廓配置的特别的过滤器，其在微粒过滤之外还能够过滤大多数的通常的街道气体污染物，以将不健康的空气过滤成为面罩内的良好空气。气体过滤通过活性炭过滤器和光媒催化过滤器中的一种或两者实现。所述光媒催化过滤器优选地由TiO2制成，并且在全部类型的光中反应，优选地在标准的LED中反应。这使得UV光是不必要的，从而有助于改进产品安全。图16A示出了过滤组件的装配形式，而图16B示出了过滤组件的分解形式。过滤组件60包括过滤框架61、主滤芯62(图示为HEPA过滤器)和微粒过滤盖63。另外示出了Boston阀64。过滤器优选地通过使用者可移除的过滤器盖而被容纳在轮廓小巧的封闭设备。过滤器盖63具有多个开口 /狭槽，以引入空气以及还引入周围的光。过滤器盖63以及封闭设备主体还能够是光透明的。光反射涂层能够施加到所述过滤器盖的内部。所述过滤器盖通过薄的间隙与过滤元件62分离。所述间隙提供了空间以用于通过过滤器62的均匀的气流分布。另外，如果适用，该间隙还提供了用于使周围的光在过滤器的表面上更好地分布所需要的空间。大多数现有的呼吸器使用阀来控制从面罩的排气。阀在吸入时闭合并在呼出时打开。但是，该机构允许呼吸的空气在排出到环境之前不过滤。在某些情况中，这是不希望的或者甚至对于其他人是有害的，比如当病毒感染患者配置该装置或者该装置由食品加工工人配戴时。本发明介绍了用于排气的阀和过滤器组合。如图16B所示，过滤器63与阀64组合提供了对于排气的过滤。图17示出了易于由使用者更换过滤器的方式，图17A示出了装配的单元70，而图 17B示出了分解的单元70，其中过滤器盖71被移除以更换过滤器60。为移除过滤器，首先，使用者的手指插入缺口 72处以打开过滤器盖。然后，由于设置有偏心闩73，过滤器盖能够被移动离开单元70，从而然后能够移除过滤器，如图17B中箭头所示。可替代地使用各种可选类型的过滤器，如图18A至图18H所示。在图18A中所示的一个实施方式中，所述过滤组件80由预过滤器81和HEPA微粒过滤器82构成。所述预过滤器81是在过滤器盖83之后的第一过滤元件，并且保护所述HEPA过滤器82。所述预过滤器81和HEPA过滤器82两者优选地易于由使用者移除。预过滤器81可由合适的合成纤维比如聚丙烯制成，并且优选地对于5微米及以上的粒径具有等于或大于90%的效率。预过滤器81是非折叠状的，使得其适于作为待被浸溃光媒催化介质的基本材料。在另一实施方式中，如图18B中所示，所述过滤组件80由预过滤器81、活性炭过滤器84和HEPA微粒过滤器82构成。所述预过滤器81是在过滤器盖83之后的第一过滤元件，并且保护所述活性炭过滤器84和HEPA过滤器82。全部的过滤器易于由使用者移除。在另一实施方式中，如图18C中所示，所述过滤组件80由光媒催化介质和预过滤器85、(典型地蒸汽激活的)活性炭过滤器84和HEPA微粒过滤器82构成。所述预过滤器85是在过滤器盖83之后的第一过滤元件，并且保护所述活性炭过滤器84和HEPA过滤器82。全部的过滤器易于由使用者移除。所述光媒催化介质85在遇到日光时被激活。一旦被激活，所述光媒催化介质85将工作，以破坏典型的有害气体污染物。在另一实施方式中，如图18D中所示，所述过滤组件80由光媒催化介质和预过滤器85、活性炭过滤器84和HEPA微粒过滤器82构成。所述预过滤器85是在过滤器盖83之后的第一过滤元件，并且保护所述活性炭过滤器84和HEPA过滤器82。全部的过滤器易于由使用者移除。LED 86的阵列安装在所述过滤器盖83的背侧。所述LED 86还能够在封闭设备的壁周围安装成接近入口。所述LED 86和电路被封装在生物相容性膜或盖中。优选地，所述LED 86仅在周围光强低于预定阈值时打开，这由光传感器监测。因此，如果需要，所述光媒催化介质总是能够被激活，甚至当周围的光不可用或不足时也是如此。在另一实施方式中，如图18E所示，所述过滤组件80由预过滤器81、活性炭过滤器84、HEPA微粒过滤器82和出口侧光媒催化介质过滤器87构成。所述预过滤器81是在过滤器盖83之后的第一过滤元件，并且保护所述活性炭过滤器84和HEPA过滤器82。全部的过滤器易于由使用者移除。LED86的阵列安装在封闭设备壁的内部并面向所述光媒催化过滤器87的出口。所述LED 88还能够在封闭设备的壁周围安装成接近出口。优选地，所述LED88仅在周围光强低于预定阈值时打开，这由光传感器监测。因此，所述光媒催化介质87总是被激活，甚至当周围的光不可用或不足时也是如此。所述LED 88和电路被封装在生物相容性膜或盖中。在图18F中所示的另一实施方式中，所述过滤组件80由光媒催化介质和预过滤器
85、以及HEPA微粒过滤器82构成。所述预过滤器85是在过滤器盖83之后的第一过滤元件，并且保护所述HEPA过滤器82。全部的过滤器易于由使用者移除。所述光媒催化介质85在日光可用时被激活。一旦被激活，所述光媒催化介质将工作以破坏典型的有害气体污染物。 在图18G中所示的另一实施方式中，所述过滤组件80由光媒催化介质和预过滤器85、以及HEPA微粒过滤器82构成。所述预过滤器85是在过滤器盖83之后的第一过滤元件，并且保护所述HEPA过滤器82。全部的过滤器易于由使用者移除。LED 86的阵列安装在所述过滤器盖83的背侧。所述LED 86还能够在封闭设备的壁周围安装成接近入口。所述LED 86和电路被封装在生物相容性膜或盖中。优选地，所述LED 86仅在周围光强低于预定阈值时打开，这由光传感器监测。因此，如果需要，所述光媒催化介质85总是能够被激活，甚至当周围的光不可用或不足时也是如此。在另一实施方式中，如图18H中所示，所述过滤组件由预过滤器81、HEPA微粒过滤器82和光媒催化过滤器87构成。所述预过滤器81是在过滤器盖83之后的第一过滤元件，并且保护所述光媒催化介质过滤器88和HEPA过滤器82。全部的过滤器易于由使用者移除。LED 86的阵列安装在封闭设备壁的内部并面向所述光媒催化过滤器87的出口。所述LED 88还能够在封闭设备的壁周围安装成接近出口。优选地，所述LED 86仅在周围光强低于预定阈值时打开，这由光传感器监测。因此，所述光媒催化介质87总是被激活，甚至当周围的光不可用或不足时也是如此。所述LED 88和电路被封装在生物相容性膜或盖中。在图181中所示的另一实施方式中，所述过滤组件由预过滤器和活性炭过滤器构成。所述预过滤器是主微粒过滤器，所述主微粒过滤器被选择以提供除了保护所述活性炭过滤器之外的所要求的具体过滤效率。所述预过滤器和活性炭过滤器两者优选地易于由使用者移除。预过滤器和活性炭过滤器能够向上堆叠成为使用者可更换组件，比如通过简单的加热胶粘过程实现。活性炭过滤器、所述HEPA过滤器和光媒催化过滤器也能够向上堆叠成为一个组件。该部分HEPA过滤器优选地对于等于或大于O. 3 μ m的微粒具有99. 97 %的效率，该效率等于大多数PAPRs提供的性能。所述HEPA过滤器优选地由玻璃纤维纸制成，即适用于过滤固态和液态颗粒。活性炭过滤器和光媒催化过滤器以互补的方式工作，所述活性炭过滤器通过阻挡有害气体并且使它们减速而对于大多数有害的气体进行总体上初步的过滤，其在除去臭味和VOC中也工作良好，所述VOC比如是甲醛；而所述光媒催化过滤器继续工作，以将有害气体分解为水和CO2，特别是针对CO、NO2, SO2, O3和氨。其还能够对可能含有病菌、细菌和病毒的空气杀囷。LED能够由使用者控制打开/关闭以控制过滤器的杀菌，即使装置未使用时也能如此，使得病菌和病毒不能聚积。LED能够与使用者的呼吸同步地打开和关闭。LED能够是任何标准的LED或UV LED。与所述光媒催化过滤器的大小和形状匹配的光室被用以从所述LED传输光。优选地，薄的散射膜用以从所述LED均匀地传输光。所述散射膜还将LED从空气通路隔离。所述活性炭和光媒催化过滤器组合优选地对于CO、NO2, SO2和O3具有最小90%的效率，并且以此效率工作至少240小时。光媒催化介质还能够以涂层施加到所述面罩和颈部部件的内部。所述涂层能够是在暴露于可见光时用以杀死或失活大部分的病毒和细菌的互补措施。对于上述的全部过滤器构造，在所述预过滤器之前能够添加可选的初级过滤器，以除去工业环境中经常存在的相当大的颗粒，比如锯木车间。所述初级过滤器可以是低成本的合成纤维并且是可洗的或者易于处置，由此使得能够更长时间地使用主过滤器。 上述的所述过滤器可以采用任意顺序或者采用不同的组合。响应流量控制等图19A至图19E示出了在本发明的气流发生器模块的响应流量控制中可使用的步骤的各种流程，由此提供到呼吸室的空气的量是响应于呼吸的，并且该响应性优选地也是使用者可调的。图20示出了根据本发明的响应控制系统的示例的系统图。除高端的工业和军事类型的装置之外，大多数现有的装置不具有基于每个呼吸的流量控制。即使它们具有流量控制，它们对于呼吸动作的响应也并不充分，并且响应性不是使用者可调的。相反，经常使用压力传感器来协助维持面罩处的正压力。当面罩压力趋向于零时，更多的空气将被输送到使用者的面罩，这或者通过增大马达速度或者通过控制气流调节器(USPC分类12820423)来实现。但是，这样的控制机构趋于向配戴者输送不充分气流，尤其是在吃力呼吸的情形时，由此导致不适感。没有现有装置具有基于逐个呼吸来直接检测呼吸动作的能力。一些其它的呼吸设备可具有使用者可构造的可变正空气压力控制，但是，这是一种固定设定，并且不适于使用者的实时呼吸动作。因此，这些流量控制是粗糙的并且不自然的，这限制了使用者可感受到的舒适性。没有现有装置具有允许使用者调节流量控制的响应性的能力。但是，在真实的世界中，不同的人对于气流可具有不同的需求。即使对于同样的人，对于气流的需求也会随时间而变化。例如，对于呼吸障碍的患者，由于弱的肺功能，他或她不可能具有如常人那样的呼吸力量。他或她需要通过以常人的标准来看被认为非常弱的呼吸动作来获得更多的气流。他或她可能还希望具有以他或她自身的呼吸动作来控制气流的灵活性，即使该呼吸动作比常人微弱也希望如此，使得他或她能够以比粗糙的固定控制所允许的方式更为自然的方式呼吸。本发明使用流量传感器或压力传感器来监测使用者的呼吸动作。在吸入开始时的气流上升率被用作度量使用者的呼吸动作的信号。该值越高，则呼吸动作越大。MCU然后基于使用者可调增益控制或呼吸响应性设定计算所要求的流量。然后，目标马达速度被设定在与吸入开始时的呼吸动作相对应的值。反之，对于更小的值也是如此，其中目标马达速度将相应地被设定为更低的值。该特征对于呼吸受损患者将是有益的，因为他们的肺部肌肉会比常人的更弱。使用者能够增大增益以使得吹风构件对于流量变化更为敏感，这样他或她在需要更多空气时不必要更费力地呼吸。这将使这些患者的呼吸动作放松，而使机器来做这些费力的工作。由此，其对这些患者提高了舒适性并且提供了健康益处。图20中所示的响应流量控制是本发明的系统的优选特征中的一个特征，并且它是与所述气流发生器的主要功能和其与所述用户界面控制相关的主要术语。在一个实施方式中，所述响应流量控制的功能由吹风构件、感测空气通道的流量传感器、气流元件(flow element)、吹风构件出口、掩蔽空气通道的吹风构件、抗混叠低通滤波器、马达控制动力级、基于MCU2的气流发生器M构成，其中MCU2由Α/D转换器、数字滤波/调节器、RFC引擎、VPAQ控制引擎、马达控制引擎、MCU2 COMM引擎构成。另外，还包括用户界面控制和MCUl COMM引擎。 根据所述气流发生器控制，吹风构件产生气流。马达速度确定到所述面罩的流量。流量传感器根据所述流量元件两端的压降检测流量。在优选实施方式中，所述流量传感器是质量流量传感器，该质量流量传感器基于热风速流量感测原理，并且具有与所述压力降成比例的类似输出。在优选实施方式中，所述流量传感器具有低的输入压力范围，该压力范围典型地约O. 2"满刻度，并且所述流量元件实际上是所述出口的一部分并且具有约5至40mm的L。吹风构件出口典型地是具有约IOmm至19mm的直径D的圆形形状，而其还能够是具有类似横截面的任意其它形状。感测空气通道优选地是具有适当的直径的硅胶管。在优选实施方式中，所述过滤器由具有在IOOHz至IkHz之间的截止频率的简单的RC网络形成。所述抗混叠过滤器的信号输出在由所述数字过滤器/调节器进一步处理之前由所述Α/D转换器以50kHz采样。所述数字滤波器具有约30Hz的截止频率，并具有20-80dB/dec的频响跌落。所述数字过滤器/调节器的输出以所述数字过滤器截止频率的频率被输送到所述RFC引擎。所述RFC引擎的工作通过图22A至图22E图示。所述RFC引擎作为状态机来工作，并且它的输入包括过滤的流量信号和对于呼吸响应性的使用者设定，并且输出包括目标马达速度和呼吸状态。RFC引擎的运行频率为所述数字过滤器/调节器的输出的频率，并且以用于吸入检测的IPAP检测开始。一旦检测到，则其在所述RFC引擎的IPAP检测事件记入之后的第一至第三记入对所述过滤后的流量信号进行采样，并且记录与IPAP检测事件记入处的所述过滤后的流量信号的差。所记录的数据基本上是流量升高率并且用作呼吸动作的度量。最终的呼吸动作在基于逐个呼吸而考虑到使用者呼吸响应性设定或者增益控制后得出。然后，包括与呼吸动作对应的马达目标速度的查找表用以输出所要求的马达目标速度至所述VPAP控制引擎，以通过可变正空气压力的方式控制马达速度。所述RFC引擎继续监测呼吸状态，并且根据图13中图示的顺序在对每一呼吸重复该顺序之前完成VPAP循环。所述马达控制引擎包括驱动所述马达所必需的马达驱动固件。马达控制动力段包括动力开关、它们的驱动器和方便所述马达的驱动所需的马达电流感测。用户界面控制接收使用者对呼吸响应性或增益控制的设定，并将其输送到气流发生控制器。在优选实施方式中，使用者设定的输送经由MCU1C0MM引擎与MCU2C0MM引擎之间的单配线通讯协议传递。响应流量控制的实施能够通过具有上述实施方式的相同精神的其它实施方式实现。在另一实施方式中，流量传感器可具有其它适当的输入压力范围。流量传感器还能够是压电型传感器，并且所述流量元件能够是层流式流量元件。感测空气通道另外能够是成型结构的部分，以用于直接联接到所述传感器端口。流量传感器还能够具有数字输出。所述使用者设定还能够通过任意其它适当的装置输送到所述气流发生器控制。在又一实施方式中，压力传感器也能够配合在与流量传感器类似的位置处，其中压力传感器能够检测气流发生器出口处的空气压力。与流量传感器的实施方式相比较，所述压力传感器检测在吸入开始处的压力的减小率。MCU然后基于使用者可调的增益控制或呼吸响应性设定计算所需要的压力的量。目标压力然后被设定为与吸入开始时的呼吸动作相对应的值。对于目标压力的控制优选地经由比例-积分-微分(PID)控制器来实现，但 其也能够通过任意其它适当的方案来完成。在更为先进的实施方式中，压力传感器能够以有线或无线方式安装在面罩内。负离子对于人类的益处是众所周知的。但是，没有现有的PAPR采用负离子发生器。小的负离子发生器安装在吹风构件的下游，其中两个电极暴露在空气通路中，使得产生的离子能够沿着气流被运载到使用者的气道。负离子发生器能够是适当的独立装置以能够在市场上购买到，或者其能够完全地或部分地定制以配合应用。负离子发生器优选地在马达运转时开启以节能和延长寿命。其控制还能够与呼吸同步(在吸入时打开，在呼出时关闭)，以进一步节能和提高装置的寿命。无刷DC马汰的环形芯的改讲的制造和安装由于呼吸设备的具体要求，对于无刷DC马达的环形芯，已经开发出新的制造和安装布置，对于本发明的呼吸设备是有用的。在无刷DC马达的现有技术中的示例中，定子通过将六个线圈绕环形铁芯的周缘缠绕而构造成。该构造产生了紧凑的马达，这在一些应用是非常需要的，例如在轮廓小巧的PAPR 中。但是，环形马达的显著问题在当今已经限定了它们的使用。这些问题包括，首先，其极其难以使六个线圈分离。当在每个线圈上形成第二层绕组时，其趋于从第一层侧脱落并且迁移至用于所保留的用于下一线圈的区域。该困难已经使得线圈通常由手工缠绕，这对于大规模生产是不实际的。发生的另一问题在于在缠绕线圈之后，形成的定子具有不规则的形状(线圈不是完全均匀的)并且其不具有突出特征构造来形成安装点。但是，需要将定子安装成与转子非常精确地同心。因此，已经开发出了一种方案，该方案大大消除了环形马达构造的两个问题并且从而使得该类型的马达得到更为广泛的使用，将参考图21说明该方案。对于其它应用例如变压器，线圈常规地被机械缠绕在环形芯上。机械缠绕环形马达芯的困难在于需要绕环形芯90的周缘布置六个小的线圈91并防止它们重叠，如图21A所示。
许多机器可用于缠绕变压器芯，例如RUFF Gmbh生产的RWE系列以及Shining SunEnterprise公司生产的STW-60。与手工形成的绕组相比,通过这些机器中的一种，使芯绕组的成本显著降低并且更为精确。但是，这些机器仅能够在芯的外部面为平的柱状并且没有突出的肋的情况下使用。该限制使得难以设计出部件或固定装置以保持马达所需的六个线圈分离。另外的困难在于被设计成当缠绕线圈时被保留在原位处的任意部件必须是由不导电的材料构成，一般是聚合物。在小型马达中，该限制使得单独的芯分离部件过于柔性而不能实际使用。本发明通过将径向翼片93布置在芯94上，从而在六个线圈91中的每个线圈与其相邻线圈之间形成分离物而克服了这些问题，如图21A和图21B所示。实验发现，翼片并不需要突出到环形芯的圆柱外表面上，因此，形成的芯仍适于用标准的机器缠绕。翼片93能够以两种方式成功地形成。第一，它们能够如图21C所示地直接形成在环形铁芯94中。对于此方法，需要通过注入成型来形成铁芯，而不是通常的烧结处理。第二，它们能够如图21D所示地通过用刚性的聚合物95对传统的环形铁芯94包胶成型来形 成。在实践中，已经发现第二方法通常更为实用。但是，铁材料易碎并且芯的大小显著地变化。因此，需要将环形芯的大部分或全部包封在塑料中，但不试图闭塞环形芯，除非绝对需要维持芯与包胶成型之间的同心。这样的设计需要能够流入非常薄部分的聚合物，但该聚合物仍非常刚性(以承受绕线机的作用)。适当的聚合物包括聚酰胺(尼龙)、液态结晶聚合物、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及各种其它材料。翼片93伸入环形芯的内部的量应尽可能地限制为确保能够使用标准绕线机。但是，实验发现，具有与完成的绕组相同的高度的翼片在标准绕线机上能够被至少缠绕20mm的芯内径。芯上的翼片优选地设计为从完成的绕组的一侧或两侧略突出。如果这些完成，则它们能够用于可靠并可重复地安装所述芯。如果定子待安装在由导电材料比如金属制成的马达壳体中，则必须注意使所述芯不与壳体接触。如果翼片在定子的一侧或两侧上显著地延伸过所述芯并且然后用以将定子安装在所述马达壳体中，则能够维持分离。但是，更可靠和紧凑的安装方法是将缠绕的定子置于塑料壳中，如图21E所示。所述壳用环氧粘结剂或类似材料结合到定子。虽然塑料壳占用了马达中的一些空间，如图21F中所示，但最终形成的定子组件的大小是显著可重复的并且其能够安装成紧密地靠着甚至金属马达壳体。因此，与仅依赖于所述芯上的翼片来将绕组与马达壳体分离的设计相比，具有塑料壳的设计更适用于大规模生产。在大规模的应用中，具有塑料壳的设计比没有塑料壳的马达实际上产生了更小的马达。其它变形和修改例将理解，上文中已经描述了若干优选实施方式。对于本领域技术人员，若干变形例和修改例将变得清楚。例如，在图22中示出了‘护目镜’如何可选地被附接到该装置以对使用者的眼睛提供保护。如所示的，护目镜29可通过可释放的方式附接到附接装置27。本领域技术人员清楚的是，全部这些变形例和修改例应认为落入如上所述以及如下面所要求保护的本发 明的精神和范围内。


一种呼吸设备(1)，包括面罩(2)和颈部部件(3)。面罩(2)适于大致包围使用者的至少口部或鼻孔。颈部部件(3)附接到所述面罩(2)，并且适于大致包围所述使用者的颈部的后面。颈部部件(3)包括气流发生器，所述气流发生器用以从周围环境接收未滤过的空气、过滤所述未滤过的空气并且将过滤后的空气提供到所述面罩(2)。呼吸设备(1)具有小的轮廓外观并且适于舒适地绕使用者的颈部支承。